Materials Studio 7.0 附安装教程

Materials Studio7.0模块介绍

• Materials Studio的 基本环境

Materials Visualizer

Materials Studio 中的量子力学模块：

• CASTEP( 平面波赝势方法);

• DMol3( 原子轨道线性组合方法);

• QMERA( 量子力学/ 分子力学杂化方法);

• ONETEP( 线性标度方法)

Materials Studio 中的半经验量子力学模块：

• DFTB+( 紧束缚近似方法);

• VAMP( 原子轨道线性组合方法)

Materials Studio中的经典模拟方法模块可分为三类：

一、Materials Studio 中的分子力学、动力学模块：

COMPASS II( 高精度力场);

Forcite Plus( 包含各种通用力场);

GULP( 包含各种针对无机体系的专用力场)

二、Materials Studio 中涉及蒙特卡洛方法的模块：

Amorphous Cell( 无定形模型搭建);

Adsorption Locator( 吸附位、吸附构象);

Blends( 混合体系相容性);

Conformers( 聚合物构象);

Sorption( 吸附位、吸附等温线);

三、Materials Studio中的定量结构-性能关系模块：

Synthia

Materials Studio 中的介观模拟模块：

Mesocite( 耗散粒子动力学、粗粒化分子动力学);

MesoDyn( 平均场密度泛函方法)

Materials Studio 中的晶体、结晶与仪器分析方法可分为两类：

一、Materials Studio 中的晶体结构解析模块：

Polymorph Predictor( 基于力场找到分子的稳定堆积);

X 射线、中子、电子衍射图谱解析工具包

二、Materials Studio 中的晶粒形貌预测模块：

Morphology( 包含多种通用力场，预测晶粒形貌)

Materials Studio中的定量构效关系模块：

QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship，定量构效关系)

Materials Studio中的Perl 脚本

Materials Studio常见问题及解答

► 问：材料基因组项目中分子模拟能做什么?

答：科学家想通过Materials Genome Initiative(MGI)项目，找出元素间的相互作用对材料的种类和性质带来的广泛影响，以这些知识为基础，希望以更短的周期为不同应用“定制”相应材料。已经促成的来自麻省理工学院的以研究电池为主的Materials Project项目和哈佛的以清洁能源为主的Clean Energy Project计划。二者均利用密度泛函理论(Density Functional Theory)收集巨型数据库来预测模拟物质的实际属性。

[Materials Studio软件中以DFT为基础的模块包括CASTEP、DMol3、DFTB+、ONETEP、QMERA，必将助力国内材料基因组项目的研究]

► 问：Materials Studio在金属领域能做哪些方面的模拟工作?

答：(1)搭建纯金属、合金、掺杂模型、位错、层错、孪晶、金属纳米颗粒结构

(2)合金配方设计和结构性质研究如：力学性质研究包括体弹性模量、杨氏模量泊松比;拉伸模拟研究得到抗拉强度;塑性变形(层错和孪晶);热力学性质;扩散迁移

(3)金属体系常压、高压结构的解析和预测;相变

(4)非晶合金，金属玻璃等非晶固体的形成机制;金属液体的结构与性质

(5)金属的腐蚀与防护

(6)金属(包括碱金属)体材料和薄膜材料的磁性研究;结构无序对磁性的影响

(7)金属纳米颗粒催化反应

主要相关模块：Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)

► 问：Materials Studio在非金属领域能做哪些方面的模拟工作?

答：(1)搭建半导体晶体、缺陷、表界面、纳米材料颗粒结构

(2)半导体如钛酸钡、氧化钛、氧化锌、等过渡金属元素氧化物材料的掺杂缺陷结构的缺陷态、缺陷形成能、电子结构

(3)稀土发光材料等光学材料的光学性质及发光机理研究

(4)电池材料如锂电池的设计，筛选可提高电池性能的掺杂元素;离子在电池中的扩散和迁移能垒

(5)新型多孔材料的结构设计和确认;气体分离;吸附等温线

(6)新型碳材料结构设计及性质研究

(7)硬材料如氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼的力学性质、电子结构、相变、相变路径、相变机制研究

(8)磁性材料如铁氧体的磁学性质研究

主要相关模块：Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)、Sorption、Adsorption locator

► 问：Materials Studio在纳米材料研究领域能做哪些方面的模拟工作?

答：Materials Studio软件平台中的量子力学方法和分子力学和动力学方法结合，可以研究纳米材料的微观结构及光、电、磁、力学及热力学相关的物理性质，化学反应活性以及自组装、外延生长机制进行研究。

(1)纳米材料如碳纳米管、石墨烯、硅纳米棒的电子结构的剪裁和控制

(2)纳米材料的催化反应机理研究和化学反应过程的研究

(3)纳米管机械性能，如在压缩、弯曲、拉伸载荷下的屈服模拟

(4)纳米材料电子输运性能

主要相关模块：DMol3、CASTEP、ONETEP、QMERA、DFTB+、Forcite Plus;

► 问：Materials Studio在高分子及其复合材料研究领域能做哪些方面的模拟工作?

答：Materials Studio中基于力场(势函数)的分子力学、动力学以及蒙特卡洛模块，包括介观动力学模块，可用于高效的搜索高分子的稳定构象，构建和表征高分子晶态或非晶态的结构和预测性质。

(1)树脂如交联环氧树脂的配方设计和力学性能研究，热固性聚合物在玻璃态和橡胶态的结构与机械性能之间的关系

(2)高分子材料的内聚能密度、玻璃化转变温度及共混行为及相分离形貌

(3)阻隔包装材料中小分子的渗透扩散研究

(4)复合材料的界面处的分布形态(密度场)及复合材料的杨氏模量、泊松比、热导率、透气率等宏观性质。

主要相关模块： DMol3、Forcite Plus、COMPASS、Amorphous Cell、Blends、Synthia、Conformers、Mesocite、MesoDyn